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侃透天下专利事儿

最近，全球专利超过87500件的波音公司成了众人集火的靶子。

东航飞机失事原因还在调查，但因为东航失事的飞机是波音737家族的第三代飞机，又名“Next Generation”（NG）。

所以，大家觉得波音这款飞机可能自身存在一定的问题。

目前，737－800仍是波音的主要机型，全球近2．5万架客机中约4200架是NG800，中国、欧洲和美国是其主要客户。

这次意外事故也再一次让人们关注颇具争议的波音737系列——“世界上最安全的飞机”真的安全吗？

有人把737－800称为“世界上最安全的飞机”。

根据波音对1959年至2013年之间发生的商用飞机事故进行的分析，其初代飞机事故率为百万分之1．75，即飞行100万次发生1．75次事故；经典系列机型事故率为百万分之0．54；NG全系列的事故率仅为百万分之0．27。

中国自1997年开始使用波音737NG客机以来，这次东航空难是波音737NG系列在中国的首起空难。

然后，媒体给出了一个大字报，说波音出问题正是因为美国制造业的衰退，波音追求利润大过飞机本身安全，“以前的波音想的是怎么造好飞机，而收购麦道后，波音想的是怎么挣钱，怎么让报表好看，怎么让投资人满意、让股东开心。”

今天，作为专利分析专家知情郎就来聊聊波音公司的故事。

01波音的崛起

从公开资料以及大量描述波音公司的出版物可知，这家公司作为美国航空制造业的标杆和象征，当之无愧。

作为美国航空业的代表，波音是美国最大的制造出口商，产品和服务包括民用和军用飞机、卫星、武器、电子和防御系统、发射系统、先进信息和通讯系统等，该公司同时是美国政府最大的承包商之一，全球员工总数高达15．3万人。

航空，是人类20世纪所取得的最重大的科技成就之一。

在民用领域，它首先应用于交通运输。

100多年来，民用运输机发生了巨大的变化。

以前，乘飞机被看作一种冒险的、有刺激性的旅行方式，直到20世纪60年代后期，才真正成为大众所接受的运输方式。

从航空产业发展的历史和现状来看，作为航空运输业的重要支撑产业∶航空制造业，如今属于典型的寡头垄断状态。

波音与空客，这种双寡头市场至今己存在了三十多年，而且目前看来还将持续很长一段时间。 可以了解一下波音与空客的发家史，以及其中的一些重大竞争。

波音是全球熟知的老牌飞机制造商。它成立于1916年，早期主要制造军用飞机和邮政飞机。

那个年代还没有民航客机的事儿，因为载人空间有限，各方面硬件技术不过关，毕竟那个年代飞机发动机也没能力承载上百人的客机。

早年波音Model 247内部客舱，该机唯一缺点就是载客量太少。

二战前后，波音先后设计了一系列客机，但它最著名的作品还是军用飞机，其中包括向广岛和长崎投掷原子弹的B－29轰炸机以及现在仍在服役中的B－52轰炸机。

其实，在在二战爆发前，波音公司只是确立了美国地区领先飞机制造商的地位。但在战争期间，波音制造的B－17＂空中堡垒＂轰炸机成为美国陆军航空兵不可缺少的武器，为反法西斯战争胜利立下了汗马功劳。

飞行员给予B－17轰炸机极高评价，因为这种飞机即使遭受重创的情况下往往也能安然返回。

轰炸机

战后，波音开始了疯狂扩张。

1958年，波音推出了自己的首款喷气式客机波音707。

这款客机成为一代名机，甚至成为美国总统的＇空军一号＇。

二十世纪五六十年代是波音先进航空产品爆炸式诞生的年代。

1962年，已有逾3000万名乘客曾坐波音制造的民用飞机穿梭各地。

不过，对比当时其他飞机制造商，波音缺少了短程喷气式客机的机型，于是波音应市场需求，成功研发出针对中短程航线的窄体客机—波音737，并找到德国汉莎航空成为首个客户。

737是波音在飞机制造业界奠定胜局的王牌，也是至今为止最畅销的客机。

这个机型备受各地航空公司青睐，尤其是美国本土航空公司，因为航线密集、距离不长，令737相当适合飞美国国内航线。

另一方面，除了短程窄体机种，波音还希望制造出一架拥有宽大机舱、续航力长的旗舰型飞机．，因此出现了被称为＂巨无霸客机＂的史上首款双层广体民航机—波音747。

从六十年代起，航空业客流量升幅极快，波音对市场的敏锐触觉，让它再次抓住扩展业务的黄金机会——以强大载客量取胜。在空客A380于2007年面世前，波音747是全球载客量最高的飞机，纪录维持了37年。

737、747这两款飞机是波音历史上最耀眼的明星，其影响力至今不衰。

1997年，波音并购另一家研制民航飞机的麦克唐纳－道格拉斯（简称麦道），成为美国唯一的大型民航客机生产商，随着波音在民用飞机领域的传统优势因麦道系列飞机的加入而进一步加强，也使合并后的波音在民用航空领域拥有了70年的领先历史。

从早先的螺旋桨客机B40、B80、B211、B314、B247、B307、B377等，到后来的喷气客机B707、B717、B727、B737、B747、B757、B767、B777、B787客机，波音公司的发展贯穿着整个世界民航的发展。

02波音这些年很不顺

之前，因为波音737 MAX出了2次事故。

狮航客机坠毁、埃塞航客机坠毁，两次空难使得波音737 MAX面临前所未有的信任危机。

2020年9月16日，美国国会众议院发布了有关波音737MAX系列飞机的调查报告，认定此前737MAX系列飞机的两起致命空难是由于波音公司及美国联邦航空局“犯下了一系列严重错误”共同导致的。报告还指出，美国联邦航空局的监管体系“存在严重问题”，亟须进行彻底改革。

报告称，2018年10月新加坡狮航客机失事事故，“并不是由单一的机械故障、技术失误或者管理不当引起的”，而是“波音公司的工程师错误的技术假设、波音公司管理缺乏透明度以及美国联邦航空局监管严重不足共同引起的”。

波音737 MAX这飞机究竟哪里出了问题，到现在还说不清楚，有说是飞行控制软件问题、有说是电气装置制造失误。

国内航空公司也有波音737 MAX

不过，不管怎么说，波音有百年的飞机制造史，工艺经验成熟，如果连波音的飞机质量都不过关，那其他国家的飞机质量就更堪忧了。

03波音的专利量

知情郎读读波音的牛逼专利，看看公司的技术实力有多雄厚！

在德高行全球专利数据库里，波音全球专利超过85000件，分布如下（这里列出超过100件的国家、地区）：

至于专利布局，波音在飞机制造、飞机控制系统、飞机驾驶系统专利量太多，就不一一细数了。

下面分享几个波音的专利，看看人家工程师的能耐！

04飞机辅助动力系统结构

背景技术介绍

传统的运输机通常在飞行期间利用主发动机的气动、液压和电动等动力支持各种飞机系统。

此外，传统的运输机通常在地面操作过程中利用机载的辅助动力单元（APUs）的气动和电动动力支持飞机系统。

在商业运输飞机中，飞机的空调系统通常是最大的辅助动力使用源。

在传统的运输机中，这些系统使用从发动机的压缩机级抽出的高温／高压空气（“引气”）。

空气在进入机身前先通过空调机组，以满足温度、通风和增压的需要。

然后，调节后的空气通过出流阀或通过正常的机舱泄漏从机身中排出。

在地面操作期间，APU能从独立的轴传动式负载压缩机或从动力段压缩机中提供引气。

与从主发动机中引气类似，APU中的高温和高压空气在进入机身前先通过空调机组。

传统辅助动力系统结构的一个缺陷在于，它是以最差的条件（通常为巡航速度、高飞行负载、热天气及其中一个发动机引气系统失效）确定尺寸的，以确保有足够的空气流动来满足在任何时间的需求。

因此，在通常的操作条件下，发动机提供的引气的压力和温度远高于空调机组和其它飞机系统所要求的压力和温度。

为了进行补偿，预冷却器和空调机组140按需要将压力和温度调节到较低的值，以满足机身增压、通风和温度控制的需要。

这样，在调节过程中，大量的能源就被预冷却器和调节阀浪费了。

即使在最佳的条件下，从发动机抽取的大量能源也以热的形式和在管、阀及其它与引气集管和空调机组相连的部件内发生的压力降的形式浪费掉了。

本发明总体上涉及飞机的辅助动力系统及用于向飞机系统提供辅助动力的方法，看附图架构。

知情郎只选了一个波音工程师的实践思路，精炼了下，里面大量是机械动力、电机运转的细节，就不展开了。

在一个实施例中，按照本发明一个方面构成的飞机包括一个机身和一个用于向飞机提供推进的推力的喷气发动机。飞机还包括一个可操作地连接到喷气发动机上的发电机，及一个环境控制系统。该环境控制系统可包括至少一个用于接收来自发电机的电能、以在没有喷气发动机的引气的情况下向机身提供外部空气的压缩机电机。

波音这样设计的优点在哪？

传统的气动系统不具有将客舱高度降低到比设计点（例如8000英尺）低得多的能力，这是因为这些系统一般是以设计点来确定尺寸的。

结构示意图

空调的电气方法与传统的气动方法相比的另一个优越之处在于：由用于电气方法的发动机中抽取的能量不会被空调机组340中的预冷却器和调节阀浪费掉。

取而代之的是，压缩机电机380按照需要由调速压缩机只从发动机310中抽取足够的电能，以满足客舱302的即时的增压的需要。这种实时的能量优化可在整个飞机平台延伸到其它电能用户，从而提高了燃油效率。

如下文所述，例如，这些用户可包括再循环风扇、厕所和厨房通风风扇、货物加热、机翼防结冰及液压致动。由于只抽取需要的能量，所以提高了燃油的经济性。

在本发明的另一个实施例中，系统结构300还包括一个机翼防结冰系统350，它利用发动机310的电能。

机翼防结冰系统350可根据本发明的至少两个实施例构成，以防止或至少减小在机翼352的一部分上形成的冰。

在电热防结冰实施例中，加热元件，如电热薄层（图中未示出）可结合到机翼前缘内部或设置在接近该内部的位置。

对于机翼防结冰来说，可向加热薄层供能从而加热机翼前缘，使结的任何冰都会融化和／或从机翼前缘上脱离。

这种方法比传统的引气系统的效率明显提高，这是因为只对机翼前缘的所需部分加热而不是实时加热。因此，用于防结冰的抽出能量明显减少。

此外，与引气系统相反，在机翼上没有引气排放孔。因而与传统的系统相比，减小了飞机阻力和公共噪声。

机翼防结冰系统350还作为本发明另一个实施例的电动机械系统运行。

在该实施例中，在机翼前缘内部的机电致动器（图中未示出）可用于使机翼前缘进行短暂的振动，以使任何结冰脱离并落下。该实施例比上述的电热实施例所需的电能要小得多。

在其中一个实施例中，机翼防结冰系统350可分成应用于机翼或条板前缘的不同区域的不同的部分。这样，如果机翼前缘的一部分不需要防止结冰，则机翼防结冰系统350的该部分可关掉，从而可进一步减小对发动机的动力需求。

另外，防结冰系统可根据不同的时期按照需要周期地运行，以充分减少结冰而优化动力的使用。

05自动飞行系统

技术背景介绍

单一飞行员操作（SPO）（即在驾驶舱中仅具有一个飞行员的商用飞行器的飞行）完全自动化的商用飞机和无人驾驶飞行器（UAV），需要由先进的机载自动化工具协助。

机组成本和机组可用性是航空公司的典型关键业务驱动力。这些领域中的改进导致了成本降低和业务收益的增加。

然而，商用飞行器（特别是运输机）以自主方式的操作必须安全地被执行。

任何自主系统的关键部分正在训练。

在某种程度上，当前的训练方法包括从可用于小型交通工具的数据中学习的无人驾驶飞行器上的飞行动力学、飞行控制和轨迹规划的数据驱动建模。

然而，数据可用性是当前数据驱动UAV训练系统的一个重要缺点，并且没有解决基于监视数据训练机载自动化工具的问题的现有解决方案。

虽然对于用来自特定传感器的数据训练的小型UAV的特定模型有研究，但是当前的训练方法中没有一个是通用的（即，它们不能在任何无人机上推广和实施）。

此外，对训练数据上呈现的不确定性的管理不被考虑在当前的数据驱动训练系统中。

因此，需要提供克服现有缺点的一种新的过程以训练和操作飞行器机载命令和控制系统。

发明内容

本公开涉及一种用于自主操作飞行器的方法和系统，该飞行器已经被训练以自主操作和飞行，通过利用监视记录的数据以指示采取最优动作作为对机载传感器数据的响应来移除从自主交通工具训练中导出的所有复杂性。

从商用飞行器的历史监视数据推断导航和制导命令以及基于机载传感器读数开发能够应用这些命令的系统是自主交通工具的一种新方法。监视数据可以容易地从例如FAA系统范围信息管理（SWIM）基础设施或从全球飞行跟踪提供商获得。

监视数据可以包括在其他数据、雷达和／或ADS跟踪中。

提出的方法允许使用利用记录的飞行数据的学习过程根据实际的飞行器性能和能力来裁剪飞行器的自主命令和控制。训练仅需的输入是从雷达数据或ADS数据（如ADS－B或ADS－C）获得的飞行器历史位置的时间演化序列。

机载自动化工具被指示以采取最优动作来代表人类命令飞行器。这些动作以飞行器意图描述语言（AIDL）格式表示。

例如，在2007年的电气与电子工程师协会／美国航空航天协会（IEEE／AIAA）第26届数字航空电子系统会议中Lopez－Leones、Javier等人的“The aircraft intent description language：a keyenabler for air－ground synchronization in trajectory－based operations（飞行器意图描述语言：基于轨迹的操作中用于空－地同步的关键使能器）”；

在IEEE的2005年第24届数字航空电子系统会议．卷1．中Vilaplana，Miguel A．等人的“Towards a formallanguage for the common description of aircraft intent．（面向形式语言的用于飞行器意图的通用描述。）”所描述的。

根据本公开的一个方面，提供了一种自主操作飞行器的方法，该方法包含飞行前训练步骤包含和在飞行器的飞行期间执行的实时控制步骤。

飞行前训练步骤包含：检索对应于至少一种飞行器类型和至少一条航线的多次飞行的记录的监视数据；从记录的监视数据中推断飞行器意图；使用推断的飞行器意图计算重建轨迹；选择训练数据集，该训练数据集包含飞行器意图和对应于特定飞行器类型和航线的飞行的重建轨迹；以及在训练数据集上应用机器学习算法以获得飞行器状态和动作之间的映射函数。

实时控制步骤包含：反复检索机载传感器数据；从机载传感器数据中获得实时飞行器状态；使用映射函数确定与实时飞行器状态相关的动作；以及在飞行器上执行所选的动作。

根据一个实施例，飞行器意图用AIDL格式表示，并且动作包含表示为AIDL指令的导航和制导命令。映射函数可以包含具有AIDL指令的表映射传感器值。确定动作的步骤可以包含搜索映射表的传感器值，该传感器值对应于检索到的机载传感器数据，以及如果没有找到精确匹配，则使用插值过程以确定相关的AIDL指令。

在一个实施例中，机器学习算法是一种强化学习算法，其获得使与飞行器状态相关的累积回报R最大化的策略π，该飞行器状态与在目的地机场处的飞行着陆相匹配。强化学习算法可以包含求解六个独立的马尔可夫（Markov）决策过程，其用于预测六个独立的AIDL指令，其中每个AIDL线程的动作空间和状态空间是不同的。

目前的方法可以用于商用飞行器和UAV的自主交通工具导航技术，尤其具有价值，因为它可以应用于任何商用飞行器，而不考虑飞行器类型，只是改变学习数据集。

训练数据集可以从多种来源获得，诸如ADS－B提供商、联邦航空局或全球各地的类似组织，以及航空公司（例如，从QAR－快速存取记录器－）。

06复合材料

背景技术介绍

广义上，导电性复合材料是具有显著的导电性或导热性的任何复合材料。

此类复合材料包含分散在聚合物树脂中的导电相。此类复合材料的独特性能使其在各种应用中在技术上优于替代材料或更具成本效益。

因此，导电性复合材料在诸如电信、发电和配电、国防、航空航天、医药等领域具有广泛的用途。

在使用导电性复合材料的情况下，导电性不仅重要，而且通常是复合材料的主要特征。材料的电导率因用途而异。

对于某些应用，重要的是复合材料的有效薄层电阻小于100Ohm／sq。

通常通过将聚合物材料与固体导电性颗粒结合来制造导电性复合材料和／或获得性质。为了获得足够的电导率，即达到渗透，常常需要通常超过45体积％的高颗粒负载量。以这些颗粒负载水平使用的聚合物通常是刚性材料。

因此，这些颗粒负载水平得到具有使其不适合或难以使用的性质（例如断裂伸长率、拉伸强度和热稳定性）的导电膜和导电涂层。采用液体金属的这种问题的解决方案受到金属从聚合物基质中泄漏的困扰。

还需要具有宽工作温度范围的传导性聚合物涂层和膜。

因此，需要具有导电性、避免金属从聚合物中泄露并且具有能在不同环境条件下广泛使用的特性（即伸长率、拉伸强度和热稳定性）的复合材料。

发明内容

本公开为上述问题提供了方便的解决方案。

在一大方面，本公开提供了一种导电性复合材料，其包含：聚合物；低熔点导体，即选自熔点低于约60℃的金属和金属合金的导体；和增容剂。低熔点导体和增容剂通常为糊剂的形式。

糊剂提供（1）无刚性的导电性和（2）增加的粘度和改善的流动性，从而防止低熔点导体从复合材料中泄露。

本公开提供了复合材料，其具有导电性，并且可以是弹性的。在单一复合材料中同时获得这些性质是困难的，在采用引入导电性的常见方法时常常难以实现。

具有弹性和导电性的复合材料在减少或消除有害的电磁干扰的应用中特别有用。

本公开还提供了液体金属糊剂（通常为包含镓合金和增容剂的糊剂），其展现出大于存储模量的损耗模量，即tanδ值大于1。